Warum können sich elektromagnetische Wellen ohne Medium ausbreiten?
Warum können sich elektromagnetische Wellen ohne Medium ausbreiten, wie z.B. Licht das ja keinen "Oszillator braucht" um sich auszubreiten.
3 Antworten
Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im Vakuum wird mit der Feldtheorie beschrieben. Das ist nicht ganz so einfach, kannst ja mit dem Namen mal bei Wiki vorbeischauen. Die Aussage, Licht braucht keinen Oszillator, muss man nicht glauben. Man kann die Lichtemission eines themischen Strahlers aus der Summe der Emission von einzelnen Energieübergängen darstellen.
Licht wird von angeregten Elektronen eines Atoms ausgesandt. Bei einer Glühlampe werden z. B. die Elektronen im Glühdraht durch Hitze angeregt (im Bohr’schen Modell auf eine höhere Energie gehoben).
Nach einer gewissen Zeit, typischerweise ca. 10-8 s (mittlere Lebensdauer der Anregung) gehen die Atome in den Grundzustand zurück und emittieren die Anregungsenergie in Form von Licht. Diesem kann man natürlich entsprechend der Energie eine Wellenlänge annehmen und damit lässt sich eine obere Grenze für die Länge eines solchen Wellenpaketes angeben: L = c x 10e-8 s = 3 m.
Im Link unten ist so ein Wellenpaket dargestellt, man kann auch sagen, das ist ein Burst.
Aber Vorsicht: Da die Atome vollkommen regellos statistisch ihr Licht aussenden, werden viele Wellenpakete ebenso statistisch emittiert wie sie am Empfänger verteilt ankommen, und zwar räumlich und zeitlich und auch bezüglich ihrer Frequenz. Wenn solche Wellenzüge über einen längeren Zeitraum fest miteinander korreliert sind, d. h. wenn sie eine feste Phasendifferenz haben, so nennt man sie "kohärent". Das Wort "kohärent" kommt übrigens von dem lateinischen "cohaerere", was so viel heißt wie "zusammenhängen".
Verschiebt sich die Phasendifferenz zweier Wellen mit der Zeit, so sind die Wellenzüge inkohärent. Dies ist grundsätzlich bei Lichtwellen der Fall, die von zwei verschiedenen Lichtquellen stammen. Interferenzeffekte kann man nur bei kohärenten Lichtwellen beobachten. Die ideale kohärente Quelle ist der Laser, wo ja nun die Emissionen der Übergänge sychron sind.
Link für das Bild vom Burst, hier als Amplitude über den Ort dargestellt. Das kann man natürlich auch als zeitlichen Verlauf ansehen: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Wave_gauss.svg&filetimestamp=20090909230241&
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Elektromagnetische Wellen brauchen keinen OSzillator. Man braucht einen Oszillator um diese Wellen gezielt zu erzeugen. Tatsächlich entstehen elektromagnetische Wellen oft einfach so durch Energieüberschuß der irgendwo vorhanden ist.
Die Sonne ist ja auch kein Oszillator, dennoch strahlt die elektromagnetische Wellen in allen möglichen Wellenlängen ab, auch Radiowellen auf allen möglichen Frequenzen die wir nutzen. Satellitenteleportbetreiber nutzen die Sonne um ihre Messgeräte zu kalibrieren. Über Ort und Zeit/Datum weiß man ganz genau wo die Sonne steht, dann richtet man die Schüssel auf das stärkste Signal aus und kennt dann die Abweichung der Antennenelektronik die das Ausrichten übernimmt und kann das korrigieren. DIe Sonne erzeugt sehr starke Signale die man mit den mormalen Empfängern für die Satellitenkommunikation auswerten kann.
Ein "Träger" ist eine Welle die man dazu benutzt Informationen zu tragen. Jede Welle ist also ein "träger"!
Bei einfachen analogen Übertragungen ändert man Amplitude oder Frequenz der Welle um die Information per Welle zu übertragen.
Tut mir leid ich habe meine Frage glaube ich falsch gestellt, was ich eher meinte, war, dass Licht sich ja auch ohne Medium ausbreiten kann, d.h. Es braucht "nichts" um sich auszubreiten. Wasser könnte sich z.B. nicht im Vakuum ausbreiten. Aber warum kann Licht das, das war meine Frage
Elektromagnetische Wellen bilden ein elektromagnetisches Feld, welches sich mit Lichtgeschwindigkeit im Raum ausdehnt. Im Gegensatz zu Druckwellen (z.B. Schall) benötigen sie kein Trägermedium. Wegen des Teilchen-Welle-Dualismus sind EM-Wellen zugleich Photonen, welche herumfliegen. So wie eine geworfener Ball können auch Photonen ein Vakuum durchqueren.
Hmm ok, aber warum jetzt genau ist das so das sie jetzt keinen Oszillator brauchen ? Wellen müssen doch irgendwie einen Träger bzw "Wellenträger" .